【正文】 chGX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列產(chǎn)品，這意味著開關(guān)電源已經(jīng)進入一個新時代。電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)是功率器件的發(fā)展，因為功率器件就是開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)，它控制著電源的導通與關(guān)斷。由最初的GTR，到MOSFET，再到之后的IGBT，功率器件的發(fā)展也是非常的迅速，而且功能也是越來越強，對開關(guān)穩(wěn)壓電源的影響也是越來越大。所以功率器件的研究生產(chǎn)對開關(guān)電源而言非常重要，世界各國也都正在對這一方向進行研究，提高其性能，這樣開關(guān)電源的生產(chǎn)就能更好的完善。此外，變壓器和磁性元件也都是電源中非常重要的功能元件，這也都是國內(nèi)外目前正在研究的。進入二十一世紀以來，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，其裝置的市場需求也越來越大，電源技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。由于很多大型工業(yè)的發(fā)展與完善，許多微電子生產(chǎn)技術(shù)得到了很大的進步，包括電力設(shè)備、儀器儀表、家用電器等均得到了飛速發(fā)展，而這些小型電子設(shè)備都離不開直開關(guān)穩(wěn)壓電源。所以開關(guān)電源體積和質(zhì)量的生產(chǎn)對設(shè)備的要求及其重要。從開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展過程可以看到，開關(guān)電源的未來發(fā)展方向主要是利用最低成本生產(chǎn)出性能最好的產(chǎn)品。 課題研究的目的和意義伴隨著當今社會的發(fā)展，人類已經(jīng)進入工業(yè)時代，而且正在轉(zhuǎn)入另一個時期，那就是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，所以在以后的社會生活當中人類都離不開電源，因為電源是向負載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備。生活中的很多東西其實都是息息相關(guān)的，因為電源技術(shù)的不斷發(fā)展，很多高新半導體、新控制技術(shù)及軟開關(guān)技術(shù)都已逐漸用于開關(guān)電源，使開關(guān)電源的發(fā)展上升到另外一個階段，逐步完善其高效率、高頻率、高功率因數(shù)等性能?，F(xiàn)在的生活中，我們都應(yīng)用了很多的小型電子設(shè)備，比如電源適配器、儀器儀表等，而這些小型電子設(shè)備需要能夠提供穩(wěn)定的電源，才能滿足人們的需求。而直流開關(guān)穩(wěn)壓電源中，正激型變換器中變壓器的銅損較低，輸出紋波電壓較小，電路穩(wěn)定可靠，電路簡單且易于實現(xiàn)。基于這個思想，本次設(shè)計了一個小功率單管正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。通過此次對開關(guān)電源的深入研究，希望能夠具備掌握電路設(shè)計的能力，提高對所學專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力，包括資料檢索、專業(yè)文獻閱讀、設(shè)計能力和實踐能力。在本次設(shè)計中，主要采用UC3844芯片組成控制電路產(chǎn)生PWM信號控制開關(guān)管，從而制作一個穩(wěn)定可靠，價格低廉，高效率，電路簡單且容易實現(xiàn)的單管正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。主要通過對正激型變換電路和PWM控制電路的深入學習和研究，設(shè)計出整個系統(tǒng)的總體電路，并完成實物的制作。 設(shè)計技術(shù)指標： （1）輸入直流電壓：20～28V （2）輸出直流電壓： （3）輸出電流：2A （4）額定效率：η≥80% （5）頻率：?=75KHz （6）電壓調(diào)整率： （7）負載調(diào)整率： 設(shè)計中需要解決的一些關(guān)鍵技術(shù)： （1）DC/DC變換器的選擇； （1）變壓器的設(shè)計； （2）電感的設(shè)計； （3）PWM控制電路的設(shè)計； （5）驅(qū)動功率開關(guān)管； （6）反饋電路的設(shè)計。第2章 正激式開關(guān)電源總體方案的設(shè)計 本次設(shè)計的主要任務(wù)是制作出一個可靠穩(wěn)定，價格低廉，高效率，電路簡單且容易實現(xiàn)的單管正激式開關(guān)電源。所以選擇一個好的設(shè)計方案是很重要的，下面對此設(shè)計的主電路與控制電路的選擇進行了分析。開關(guān)電源變換電路主要分為隔離和非隔離兩種方式，為了提高開關(guān)電源的安全性，本次設(shè)計中選擇的是隔離方式。隔離型電路主要包括正激型電路、反激型電路、全橋型電路、半橋型電路和推挽型電路。其中后面三個電路可以應(yīng)用在大功率的領(lǐng)域，而只有正激型和反激型變換電路常用在功率較小的領(lǐng)域中。因為本次設(shè)計是小功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源，所以應(yīng)該選擇正激型變換電路或者反激型變換電路。反激型和正激型電路之間有一定的區(qū)別，反激型變換器中的高頻變壓器相當于電感，其作用是是儲能，而且在設(shè)計時需要還考慮磁飽和的問題。而正激型變換器高頻變壓器的作用是變壓和傳遞能量，而且在導通與關(guān)斷轉(zhuǎn)換過程中是不存儲能量的，所以，我們需要消除少量的剩余能量，不過，在設(shè)計時只要增加一個簡單的磁復(fù)位電路就可以保證其在大動態(tài)重負載下不會磁飽和，而且正激型變換器的輸出紋波、啟動電流和所需濾波電容都較小，電路工作也很穩(wěn)定。因為正激型電路的漏感比較小，所以峰值電流也較小。所以本次設(shè)計主電路選擇單管正激型電路。 控制電路的選擇 控制電路的設(shè)計主要是使開關(guān)電源在各種工作狀況下都能夠穩(wěn)定的工作，并且達到要求的動態(tài)性能。電源的很多指標也都與控制電路有關(guān)，比如開關(guān)電源的穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出特性等。與電源的主電路不同，控制電路主要處理電信號，它控制開關(guān)電源主電路開關(guān)管的開通與截止，工作狀態(tài)如果出現(xiàn)故障，將會使整個電源停止工作甚至損壞。所以在設(shè)計中我們需要選擇一個既簡單有可靠的控制電路?？刂齐娐防肈SP或者單片機產(chǎn)生脈PWM信號，來控制開關(guān)的截止和導通，若使輸出的電源電壓穩(wěn)定在最初設(shè)定時的數(shù)據(jù)，那么可以根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換后的反饋電壓，從而改變占空比。不過這個方案不僅涉及到硬件，還需要有軟件的設(shè)計，所以實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。脈沖控制信號也可以通過采用電流模式控制器控制產(chǎn)生。在各種開關(guān)電源的設(shè)計中一般都采用電流模式控制器或者電壓模式控制器構(gòu)成的控制電路，其最大的優(yōu)點就是外圍電路非常簡單，穩(wěn)定性非常好，而且價格便宜。綜上所述，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定、成本及難易程度等因素，所以本次設(shè)計選擇常用的UC3844作為PWM控制電路的主芯片。本次設(shè)計的單管正激式開關(guān)電源主要由主電路和輔助電路組成。，主電路由磁復(fù)位電路、DC/DC變換電路、輸入濾波電路和輸出整流濾波電路等四部分組成，輔助電路主要由輔助電源電路、PWM控制電路和采樣反饋電路采樣反饋電路等六部分組成。其中，DC/DC變換電路采用正激型變換電路，控制電路以UC3844為核心來控制開關(guān)管的導通與截止，隔離反饋電路主要由PC817和TL431構(gòu)成。 系統(tǒng)總體框圖 本章首先通過比較各種隔離型變換電路，確定本設(shè)計的主電路采用正激型變換電路，然后通過比較確定了控制電路，本系統(tǒng)采用UC3844作為主控制芯片，這樣整個系統(tǒng)的主要部分已經(jīng)確定，最后經(jīng)過正激電路基本拓撲的分析設(shè)計出整個系統(tǒng)的原理框圖。第3章 單管正激式開關(guān)電源的設(shè)計 隔離型變換電路應(yīng)該在輸入和輸出的回路之間加一個隔離器件，其主要作用就是電氣隔離，一般都是采用變壓器作為電路的主隔離器件。另外，為了防止由剩磁通累加而導致的磁芯飽和，所以在設(shè)計電路時需要采用磁復(fù)位技術(shù)。本次設(shè)計中采用簡單的輔助磁通繞組復(fù)位技術(shù)，主要方法就是在設(shè)計變壓器的時候增加一個附加線圈（勵磁繞組）。，其中去磁繞組N3和嵌位二極管D2構(gòu)成磁復(fù)位電路。 單管正激型電路的原理圖 當正激型電路工作在電感電流連續(xù)狀態(tài)的時候，開關(guān)管Q導通和關(guān)斷的工作過程分別如下： t0～t1時段：t0時刻電路開關(guān)管Q導通時，變壓器初級繞組N1兩端的電壓為上正下負，與其耦合的次級繞組N2兩端的電壓與N1一樣，也是上正下負。因此VD1處于導通狀態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增大，直到t1時刻Q關(guān)斷；t1～t2時段:t1時刻電路開關(guān)管Q關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷，電感L的電流逐漸下降。開關(guān)管Q關(guān)斷后,變壓器的勵磁電流經(jīng)勵磁繞組流回電源，所以Q關(guān)斷后承受的電壓為 （）分析其工作過程，可以得出正激型電路電流連續(xù)狀態(tài)的波形圖。 正激型電路工作于電流連續(xù)狀態(tài)的波形圖因為鐵氧體材料價格便宜，工藝性能也好，所以本次設(shè)計選用的磁性材料是日本TDK公司的PC40型號。在開關(guān)電源中，高頻變壓器的磁心尺寸的選